## PENGONTROLAN FLUKS DAN TORSI PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA MENGGUNAKAN  METODE DIRECT TORQUE CONTROL (DTC) BERBASIS PI DAN FUZZY LOGIC CONTROLLERS (FLC)
M. Nur Faizi 1 , Marzuarman 2
Politeknik Negeri Bengkalis Jl. BathinAlam, Sungai Alam, Bengkalis, Riau. Email : faizi@polbeng.ac.id

## Abstrak
Kontroler Proporsional Integral (PI) merupakan sebuah metode kontrol yang banyak diterapkan di bidang  industri sampai saat ini. Kontroler ini memiliki parameter-parameter pengontrol, yaitu konstanta proporsional  (Kp) dan konstanta integral (Ki). Pada metode PI konvensional, kedua parameter tersebut diturunkan dari  perhitungan matematis. Kesulitan penalaan atau Tuning parameter-parameter tersebut akan ditemui bila plant yang dikendalikan adalah sistem  dengan  orde  tinggi.  Maka  dari  itu,  diperlukan  suatu  metode  penala  PI  yang  lebih  baik  dan  dapat  diterapkan  dalam  sistem  orde  tinggi.  Metode penalaan  PI  dengan  logika fuzzy dapat  dilakukan  secara  otomatis  tanpa  melakukan  pemodelan  sistem.  Pada  metode  ini  nilai  Kp  dan  Ki  ditentukan berdasarkan sejumlah aturan-aturan yang ditetapkan oleh logika fuzzy. Input fuzzy berupa error dan delta error. Plant yang dikontrol adalah motor induksi 3 fasa dengan metode Dierect Torque Control (DTC). Pada pengujian didapatkan hasil penalaan parameter PI dengan logika fuzzy mampu menghasilkan tanggapan keluaran  dengan rise  time yang  cepat,  selisih  tunak  yang  kecil, overshoot yang  kecil, dan ketika  sistem  diberi  gangguan,  tanggapan  keluaran akan tetap terjaga dalam kestabilan.
Kata Kunci - Kontroler Proporsional Integral, Plant, fuzzy, rise time, Tuning, Overshoot, Dierect Torque Control, Motor Induksi.

## Abstract
Proportional Integral  (PI)  Controller  is  a method  control which  are  widely  applied  in the  field  of  industry  until  recently.  This  controller has  a  control parameters, namely constants  proportional  (Kp)  and  constants integral  (Ki). In  the  conventional  PI  method, both  parameters  derived  from  mathematical calculations. Difficulty tuning of the parameters will be encountered if plant which is controlled is a system of high orde. Therefore, need a better PI tuning methods  and  can be  applied in high orde  system.  PI  tuning  method  with fuzzy  logic can be  done  automatically  without doing  modeling  system. In  this method the value of Kp and Ki is determined based on a number of rules defined by fuzzy logic. Fuzzy input is error and delta error. The controlled plant is a  3  phase  induction  motor  with  Dierect  Torque  Control  (DTC). In  the  test  results  obtained  parameter  tuning  PI  with fuzzy  logic  capable  of  generating output responses with a fast rise time, difference a small steady, small overshoot, and when the system given a disturbance, the output response will remain intact in stability.
Keyword- Controller Proporsional Integral, Plant, fuzzy, rise time,Tuning, Overshoot, Dierect Torque Control, Induction Motor.

## 1. PENDAHULUAN
Secara umum salah satu metode pengaturan yang  popular  untuk  pengaturan  vektor  adalah Field Oriented Control
(FOC) yang
diperkenalkan  oleh  F. Blaschke  (Direct  FOC) dan Hasse (Indirect FOC) diawal tahun 1970,  di mana  FOC  dapat  memberikan  performa  dan effisiensi tinggi untuk berbagai aplikasi industri. FOC  bagus  untuk  menghasilkan  performa dinamik  tinggi, ripple torsi  dan  fluks  yang rendah,  tapi  FOC  memiliki  kekurangan,  seperti memerlukan pengaturan  arus,  membutuhkan  2 koordianat transformasi dan sensitifitas
parameter  mesin  yang  tinggi.  Kekurangan  ini dapat  dieliminasi  menggunakan  Direct  Torque Control  (DTC)  yang  diusulkan  oleh  Isao Takahashi  dan  Toshihiko  Noguchi,  pada    tahun 1980.  Dibandingkan  dengan  FOC,  DTC  lebih sederhana  dalam  hal  struktur,  kebutuhan komputasi  yang  sedikit,  efisiensi  dan  performa yang tinggi [1].
Direct  Torque  Control (DTC)  merupakan salah  satu  skema  pengaturan  berdasarkan pengaturan  fluks  stator  dan  torsi  yang memberikan  respon  cepat  dan  kokoh  yang
diimplementasikan pada motor arus bolak-balik. DTC  ini  memiliki  kelebihan  antara  lain  lebih sederhana  dan  mempunyai  performa  dinamik yang  baik  serta  tidak  sensitif  terhadap perubahan parameter, khususnya tahanan stator. Akan  tetapi  penggunaan DTC  konvensional memiliki  beberapa  kekurangan yaitu  dapat menimbulkan  fluktuasi ripple fluks  dan  torsi yang tinggi saat kondisi steady state [3].

## Gambar 1. Klasifikasi Metode Pengontrolan Motor Induksi
Logika fuzzy dapat  digunakan untuk  menala atau  men-tuning parameter-parameter  kendali konvensional seperti  kontrol PI, logika fuzzy menerapkan suatu  sistem kemampuan manusia untuk    mengontrol sesuatu,  yaitu dalam bentuk aturan-aturan Jika – Maka (If – Then Rules), sehingga proses  pengontrolan  akan mengikuti pendekatan  secara  linguistik. Pada    penelitian ini dirancang    suatu    sistem  pengontrolan  fluks dan  torsi  pada  motor  induksi  3  fasa  dengan memanfaatkan Simulink MATLAB.  Metode PI sebagai kontroler,  dan  logika fuzzy sebagai metode  penala  konstanta kontrol PI dengan tujuan  mendapatkan  respon  sistem  yang  baik yaitu rise time yang  cepat  dan overshoot yang minimal.

## 2. METODE

## 2.1 Kendali PI (Propotional Intergral)
Untuk dapat  mengimplementasikan    sistem  kontrol PI pada  komputer,  PI  harus  diubah  ke dalam  persamaan diskrit. Gambar 2 adalah blok sistem aksi kontrol PI [2].
Gambar 2. Diagram Blok Aksi Kontroler PI
Pengolahan parameter-parameter PI menjadi konstanta-konstanta pengendalian secara diskrit sesuai dengan penjelasan perhitungan  berikut.  Berdasarkan  Persamaan  1 dan dengan menggunakan Transformasi
Laplace,  didapatkan  persamaan  PI  dalam kawasan s sebagai berikut.
(1)
Persamaan 1 diubah kembali ke kawasan waktu, sehingga menjadi :
(2)
Persamaan  2  diubah  ke  dalam  bentuk  diskrit, digunakan  Persamaan backward  difference,  di mana:
dan
Sehingga Persamaan (2) menjadi:
(3) Persamaan 3 menunjukkan persamaan pengendali  PI  dalam  bentuk  diskrit.  Dari Persamaan  3  dapat  diketahui  bahwa  pengendali
SP
KP KP/TiS Plant + - + +
PV
CO e
PI menggunakan
konstanta-konstanta pengendalian sebagai berikut:
(4)
dengan
(5) (6)

## 2.2 Logika Fuzzy
Fuzzy berarti  samar,  kabur  atau  tidak    jelas. Fuzzy adalah  istilah  yang  dipakai  oleh    Lotfi  A  Zadeh  pada bulan  Juli  1964  untuk    menyatakan  kelompok/himpunan yang dapat  dibedakan dengan himpunan lain berdasarkan derajat keanggotaan  dengan  batasan yang  tidak  begitu jelas  (samar), tidak  seperti himpunan    klasik  yang membedakan keanggotaan  himpunan  menjadi  dua, himpunan  anggota  atau bukan anggota.  Gambar  3 menunjukkan struktur dasar pengendalian Fuzzy.

## Gambar 3. Struktur Dasar Pengendali Fuzzy
Kendali  logika Fuzzy dilakukan  dalam tiga tahap, yaitu fuzzifikasi, evaluasi aturan  dan defuzzifikasi.  Komponen  Fuzifikasi  berfungsi untuk memetakan masukan data tegas ke dalam himpunan Fuzzy menjadi  nilai Fuzzy dari beberapa variabel linguistik  masukan.

## 2.3 Metode Fuzzy Multiterm Controllers
Pada  metode Fuzzy  Multiterm  Controllers,  logika Fuzzy akan  dipergunakan  untuk    menala    atau mengadaptasi sebuah kontroler multiterm seperti kontroler  PD,  PI  atau  PID  seperti  yang  terlihat  pada Gambar 4.
Gambar 4. Kontroler PI yang diadaptasi oleh Fuzzy sebagai Tuning
Kontroler  PI  dapat  direpresentasikan  oleh salah satu dari dua bentuk berikut yaitu:
1. Bentuk Kontinyu:
2. Bentuk Diskrit:
Dimana Kp dan Ki masing-masing  adalah konstanta Proporsional, dan konstanta  Intergral, Nilai Ti=Kp/Ki,  sering  dikenal    sebagai konstanta waktu integral, ∆ e(k) = e(k)-e(k-1), Ts adalah  periode sampling  dan n    adalah  jumlah sampel data [6].

## 2.4 Perancangan Sistem
Blok  perancangan  sistem  pengontrolan  fluks  dan torsi pada  motoe induksi 3 fasa pada Penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Blok Diagram DTC Berbasis PI dan FLC Pada Motor Induksi 3 Fasa
Basis Pengetahuan Fuzifikasi Logika Pengambil Keputusan Defuzifikasi PI Kontroller Fuzzy Tunner Plant + - PV CO e SP e de
Dari  blok  diagram  Gambar  5.  Dapat  dijelaskan bahwa,  keluaran  inverter  berupa  tegangan  tiga  phasa sebagai masukan untuk motor induksi kemudian tegangan dan arus stator pada motor induksi  yaitu Va, Vb, Vc dan Ia,  Ib,  Ic  akan ditranformasi oleh  blok  abc  ke  dq dengan maksud untuk  mengubah  koordinat  motor  induksi dari  3 phasa  kedalam  koordinat  2  phasa. Hasil  dari  tranformasi berupa  tegangan  ds,  qs  dan  arus  ds,  qs  inilah  sebagai masukan  untuk  blok  DTC  estimator,  sehingga  keluaran dari  DTC  estimator  yaitu  torsi  estimator  akan dibandingkan  dengan  torsi  error  referensi  (torsi  hasil kontroler PI-FLC) dan fluks estimator akan dibandingkan dengan  fluks  referensi  sedangkan  sudut  fluks  stator sebagai  masukan  untuk  blok switching  table gunanya untuk  mengontrol  fluks  stator  dan  torsi  untuk  memenuhi nilai referensi  yang  telah ditentukan. Selanjutnya putaran motor  akan  dibandingkan  dengan  putaran  referensi  dan hasil  perbandingan  inilah  nantinya  akan  dikontrol menggunakan metode PI-FLC.

## 2.5 Program Fuzzy Sebagai Tuning Kontrol PI
Tahapan awal proses Fuzzifikasi adalah menentukan  parameter-parameter  fungsi    keanggotaan pada setiap himpunan Fuzzy masukan. Pada pemrograman Fuzzifikasi ini digunakan parameter  fungsi keanggotaan masukan  berupa error dan delta error. Fungsi  keanggotaan dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Fungsi keanggotan error torsi, delta error

## torsi dan output variable
Dalam  fungsi  keanggotaan fuzzy ada  dua variabel input dan masing-masing variabel input
memiliki  tujuh  nilai  linguistik,  jadi  7x7=49 aturan  kontrol fuzzy berada  dalam  penalaran fuzzy seperti  yang  ditunjukkan  pada  Tabel.  1 dan flowchart  fuzzy  logic  controller yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Tabel 1. Rule base FLC
Gambar 7. Flowchart Fuzzy Logic Controller

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  simulasi  ini dilakukan perbandingan antara model DTC Konvensioanal dan DTC PI- FLC  pada  motor  induksi  3  fasa. Hasil  simulasi pada  DTC  konvensional ditunjukkan  pada Gambar  8,  9  dan  10 dimana  menampilkan respon  fluks stator,  torsi  dan  kecepatan pada motor  induksi.  Torsi  dibebani sebesar  30  Nm diterapkan  pada  0.5  detik  dan  dihilangkan  pada 0.8 detik. Kecepatan rotor dari 0 ke 1200 rpm.
Gambar 8. Respon fluks stator motor induksi dengan metode DTC konvensional
Gambar 9. Respon torsi motor induksi dengan metode DTC konvensional
Gambar 10. Respon kecepatan motor induksi dengan metode DTC konvensional
Pada  Pengujian  selanjutnya  dilakukan penujian DTC berbasis  PI-FLC pada  motor induksi 3 fasa. Hasil simulasi pada DTC PI-FLC ditunjukkan pada Gambar 11, 12 dan 13 dimana Gambar  tersebut menampilkan  respon  fluks stator,  torsi  dan  kecepatan  pada  motor  induksi. Torsi  dibebani sebesar  30  Nm  diterapkan  pada 0.5  detik  dan  dihilangkan  pada  0.8  detik. Kecepatan rotor dari 0 ke 1200 rpm.
Gambar 11. Respon fluks stator motor induksi dengan metode DTC PI-FLC
Gambar 12. Respon torsi motor induksi dengan metode DTC PI-FLC
Gambar 13. Respon kecepatan motor induksi dengan metode DTC PI-FLC

## Respon  Torsi  dan  Fluks Stator  diperluas
Pada Steady State ditunjukkan pada 14 dan 15.
Gambar 14. Fluktuasi ripple torsi pada saat steady state antara DTC konvensional dengan DTC PI-FLC
Gambar 15. Fluktuasi ripple fluks pada saat steady state antara DTC konvensional dengan DTC PI-FLC
Gambar  14  dan  15  menunjukkan respon fluktuasi ripple fluks dan  torsi  diperluas  hal  ini dilakukan  untuk  mempermudah  mengamati kedua respon tersebut (antara DTC konvensional  dengan  DTC  berbasis  PI-FLC). Gambar  14  dan  15  menggambarkan bahwa dengan  menggunakan Propotional  Integral dan
Fuzzy Logic Controller (PI-FLC) pada pengontrolan motor induksi 3 fasa menggunakan  metode Direct  Torque  Control (DTC) dapat  meminimalkan fluktuasi ripple fluks dan torsi elektromagnetik

## 4. KESIMPULAN

## Sistem  kontrol Propotional  Integral dan
Fuzzy  Logic  Controller (PI-FLC) untuk  motor induksi dengan  metode Direct  Torque  Control (DTC) dapat  meminimalkan ripple fluks  dan torsi.
respon  fluks  stator  pada  motor  induksi  dengan DTC menggunakan PI-FLC, pada motor induksi terjadi  vibrasi  pada  saat  kondisi starting awal. Kemudia  pada  saat  waktu  0.1635  detik  sampai dengan  waktu  seterusnya  fluktuasi ripple fluks yang  dihasilkan  mengecil  yaitu  berkisar  antara 1.452-1.468Wb.
Saran  untuk  penelitian  lanjutan  mengenai sistem pengontrolan  motor  induksi  3  fasa menggunakan  metode Direct  Torque  Control (DTC) disamping  meminimalkan  fluktuasi ripple fluk  dan  torsi  maka  dipertahankan  juga respon kecepatan bila diberikan beban lebih.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Dari  hati  yang  paling  dalam  penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah terlibat dalam penelitian ini. Semoga jurnal  ini  bermanfaat  bagi  akademisi  dan praktisi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Mochammad  Rameli  .(2014),  “Bahan Kuliah  Pegaturan  Mesin  Listrik:  Motor Listrik”. Teknik Sistem Pengaturan, Jurusan Teknik  Elektro,  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember,Surabaya.
[2] Hu,  F.C.,  Hong,  B.  R.,  Liu,  H.C.  (2014), “Stability  analysis  and  PI  controller  tuning for  a  speed    sensorless  vector-controlled induction  motor  drive”, 30th  Annual Conference  of  IEEE  Inds.  Elec.,  Society, IECON, vol.1, 2-6 Nov, Korea.
[3] Ahammad,  T.,  Beig,  A.R.,  Al-Hosani,  K. (2013),  “ An  Improved  Direct  Torque Control  of  Induction  Motor  with  Modified Sliding  Mode  Control  Approach” . IEEE 2013
[4] Aguilar, G.M., Cortez, L. (2012),
“ Implementation  of  the  Direct  Torque
Control  (DTC)  in  current  model,  with current starting limiter” . Faculty of Sciences  of  the  Electronics, BUAP  Puebla,
Mexico.
[5] Sun,  D.  (2010),  “Sliding  Mode  Direct Torque  Control  for  Induction  Motor  with Robust  Stator  Flux observer”, IEEE 2010 International  Conference  on  Intelligent Computation  Technology  and  Automation, China.
[6] Robyns,  B.,  Franscois,  B.,  Degobert,  B., Hautier,  P.  J.  (2012),  “Vector  Control  of Induction  Machines  Desentisitation  and Optimisation through Fuzzy Logic”,
Springer, France.
[7] Ned,  M.  (2001),  “Advanced  Electric Drives”,  MNPERE,  United  States  of America.
[8] Cao-Minh,  T.,  Chakraborty,  C.,  Hori,  Y. (2009), “ Efficiency Maximization of Induction  Motor  Drives  for  Electric Vehicles  Based  on  Actual  Measurement  of
Input  Power”. Department  of  Electrical
Engineering, University of Tokyo, Japan.
[9] Wong,  C.  C.,  Chang,  Y.  S.  (1998), “Parameter  Selection  in  the  Sliding  Mode Control Design Using Genetic Algorithms”.
Department  of  Electrical  Engineering, Tamkang University, Taiwan.